DBD plasma reactor for CO2 methanation

Programa de Doctorat en Nanociències

Detalhes bibliográficos
Autor: Biset Peiró, Martí
Tipo de documento: tese
Estado:Versão publicada
Data de publicação:2022
País:España
Recursos:CBUC, CESCA
Repositório:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/674287
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10803/674287
Access Level:Acceso aberto
Palavra-chave:Catàlisi
Catálisis
Catalysis
Plasma (Gasos ionitzats)
Plasma (Gases ionizados)
Plasma (Ionized gases)
Metà
Metano
Methane
Diòxid de carboni
Dióxido de carbono
Carbon dioxide
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
id ES_d7ce76d79d37d8f6885bd90e413e989e
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/674287
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv DBD plasma reactor for CO2 methanation
title DBD plasma reactor for CO2 methanation
spellingShingle DBD plasma reactor for CO2 methanation
Biset Peiró, Martí
Catàlisi
Catálisis
Catalysis
Plasma (Gasos ionitzats)
Plasma (Gases ionizados)
Plasma (Ionized gases)
Metà
Metano
Methane
Diòxid de carboni
Dióxido de carbono
Carbon dioxide
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
title_short DBD plasma reactor for CO2 methanation
title_full DBD plasma reactor for CO2 methanation
title_fullStr DBD plasma reactor for CO2 methanation
title_full_unstemmed DBD plasma reactor for CO2 methanation
title_sort DBD plasma reactor for CO2 methanation
dc.creator.none.fl_str_mv Biset Peiró, Martí
author Biset Peiró, Martí
author_facet Biset Peiró, Martí
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Andreu Arbella, Teresa
Morante i Lleonart, Joan Ramon
Universitat de Barcelona. Facultat de Física
dc.subject.none.fl_str_mv Catàlisi
Catálisis
Catalysis
Plasma (Gasos ionitzats)
Plasma (Gases ionizados)
Plasma (Ionized gases)
Metà
Metano
Methane
Diòxid de carboni
Dióxido de carbono
Carbon dioxide
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
topic Catàlisi
Catálisis
Catalysis
Plasma (Gasos ionitzats)
Plasma (Gases ionizados)
Plasma (Ionized gases)
Metà
Metano
Methane
Diòxid de carboni
Dióxido de carbono
Carbon dioxide
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
description Programa de Doctorat en Nanociències
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022
2022
2023
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/674287
url http://hdl.handle.net/10803/674287
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 173 p.
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869421040331915264
spelling DBD plasma reactor for CO2 methanationBiset Peiró, MartíCatàlisiCatálisisCatalysisPlasma (Gasos ionitzats)Plasma (Gases ionizados)Plasma (Ionized gases)MetàMetanoMethaneDiòxid de carboniDióxido de carbonoCarbon dioxideCiències Experimentals i Matemàtiques53Programa de Doctorat en NanociènciesOne of the most serious challenges facing society is the need to reduce the emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2), mainly caused by the widespread use of fossil fuels. The energy transition to renewable energies is currently in its initial stages of its implementation. Due to the need to increase renewable energy sources, it is necessary to develop new technologies that can adapt the fluctuating generation of renewables with the energy consumption. The conversion of CO2 into synthetic fuels using electrical energy, technologies known as Power to Gas, presents a solution to the energy storage. In the specific case of the methanation reaction, CO2 is converted to methane (CH4, synthetic natural gas), which can be stored and distributed in large quantities. In this way, synthetic natural gas is used as an energy vector, providing a solution as energy storage and as a method of CO2 valorization. In the last years, Power to Gas technologies are being implemented in several pilot plants with conventional thermochemical technologies for the methanation reaction. In this regard, alternative methods to thermal catalysis are being studied, which could potentially have advantages in terms of conversion or reduction of energy costs, among others. The use of plasmas in the conversion of CO2 is particularly promising due to the ability of plasma to activate stable molecules such as CO2 or N2. In this context, the aim of this thesis is the development of a dielectric barrier discharge plasma reactor for the conversion of CO2 to CH4, the development of catalysts for this reaction and the optimization of both the catalysts and the plasma reactor. Following these objectives, the thesis is structured in 6 main chapters. The first chapter presents the general context, the motivation of the research regarding CO2 conversion technologies and a basic introduction of plasma technologies. In chapter 2, all experimental setup and material synthesis are explained. The following chapters are focused on the main results obtained during the development of the thesis, which can be divided into two parts. The first part is focused on the catalyst evaluation for plasma-CO2 methanation (chapter 3 and chapter 4). The second part is focused on the optimization of the plasma reactor (chapter 5 and chapter 6). In the catalyst evaluation for plasma-CO2 methanation, different types of catalyst were synthesized, physicochemical characterized and evaluated in thermal and plasma methanation. Operation temperature was reduced to 100-200 ºC in the case of plasma methanation. The effect of different catalysts composition and structure was analyzed. The incorporation of cerium in nickel based catalyst boosted the conversion and efficiencies. The different role of plasma activation and catalyst activity were evaluated. In the second part, DBD reactor optimization, different reactor configurations were tested. The role of temperature was analyzed in pseudo-adiabatic and adiabatic DBD reactor. The use of adiabatic reactors allows to increase the energy efficiency. Finally, a new approach was evaluated based on using DBD-plasma as reaction ignitor, rather than the classical approach of continuous operation. After plasma ignition, the operation in autothermal conditions without any external energy input was evaluated. The new methodology allowed to faster start the reaction, due to the plasma activation at a lower temperature, minimizing the start-up time and the energy cost.Un dels reptes més importants al qual s’enfronta la societat és la necessitat de reduir les emissions de gasos d’efecte hivernacle, principalment el diòxid de carboni (CO2), causades per l’ús generalitzat dels combustibles fòssils. Atesa la necessitat d’augmentar les energies renovables, és necessari desenvolupar noves tecnologies que puguin adaptar la generació fluctuant de les renovables amb el consum energètic. La conversió de CO2 a combustibles sintètics emprant energia elèctrica, tecnologia que es coneix com a Power to Gas, presenta una solució a l’emmagatzematge d’energia. En el cas concret de la reacció de metanització, el CO2 és convertit a metà (CH4, gas natural sintètic), el qual es pot emmagatzemar i distribuir en grans quantitats. En aquest context es presenta la tesi amb l’objectiu de desenvolupar un reactor de plasma de descàrrega de barrera dielèctrica per a la conversió de CO2 a CH4, el desenvolupament de catalitzadors per a aquest reacció i la optimització tant dels catalitzadors com del reactor de plasma. Seguint aquests objectius, la tesi s’estructura en 6 capítols. El primer capítol presenta el context general, i una introducció bàsica de les tecnologies de plasma. En el segon capítol s’explica tota la configuració experimental del reactor de plasma i la síntesi de catalitzadors. En els següents capítols es mostren els principals resultats obtinguts durant el desenvolupament de la tesi, els quals es divideixen en dues parts. La primera part comprèn els capítols 3 i 4 i se centra en l’avaluació de catalitzadors per a la reacció de metanització del CO2. Mitjançant l’activació per plasma, la temperatura de treball dels catalitzadors es va poder reduir fins als 100-200 ºC. Tot seguit es va estudiar l'efecte de la composició i l'estructura de diferents catalitzadors. La incorporació de ceri en els catalitzadors de níquel augmentà considerablement els nivells de conversió i eficiència energètica. La segona part se centra en l’optimització del reactor de plasma (capítols 5 i 6). En aquest apartat es va analitzar el rol de la temperatura en configuracions pseudo-adiabàtica i adiabàtica, demostrant que l’ús de reactors adiabàtics ha permès augmentar l’eficiència energètica. Finalment, es va avaluar un nou enfocament basat en l’ús del plasma DBD com a iniciador de la reacció, en lloc de l’enfocament clàssic d’operació contínua. Després de l’encesa del plasma, es va avaluar el funcionament en condicions autotèrmiques, sense cap aportació externa d’energia. La nova metodologia permet iniciar més ràpidament la reacció, gràcies a l’activació del plasma a baixes temperatures, minimitzant el temps i el cost energètic.Universitat de BarcelonaAndreu Arbella, TeresaMorante i Lleonart, Joan RamonUniversitat de Barcelona. Facultat de Física202220232022info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion173 p.application/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/674287TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésL'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6742872026-06-14T12:46:07Z
score 15,300719

Registros relacionados